Са популаризацијом обновљивих извора енергије, соларне ћелије су постепено постале један од најважнијих извора зелене енергије. Међутим, многи људи можда нису свесни да на ефикасност производње електричне енергије и производњу електричне енергије соларних ћелија утиче низ фактора, од којих је најважнији услови осветљења. Дакле, како услови осветљења утичу на енергију коју генеришу соларне ћелије? Данас ћемо популаризовати ову тему.
1. интензитет светлости и производња енергије
Интензитет светлости, једноставно речено, је снага зрачења сунчеве светлости по јединици површине. Код соларних ћелија, што је већи интензитет светлости, што више енергије прима соларна ћелија, то је већа њена излазна снага. Стога је, током сунчаних дана са јаком сунчевом светлошћу, снага коју генеришу соларне ћелије обично већа.
Капацитет производње енергије фотонапонске ћелије се обично мери под стандардним условима тестирања при интензитету светлости од 1000 W/m², што је стандардна вредност која се користи у лабораторијама за симулацију сунчаног дана. Када се интензитет светлости повећа, фотонапонска струја у соларној ћелији се повећава, што заузврат повећава излазну снагу; обрнуто, ако се интензитет светлости смањи, на пример у облачним данима или током заласка сунца, снага коју генерише ћелија значајно се смањује.
Интензитет светлости варира током дана. Почевши од раног јутра, сунце постепено излази, интензитет светлости се такође постепено повећава; у подне, интензитет светлости достиже највишу вредност; поподне, како сунце постепено залази на западу, интензитет светлости постепено слаби док залазак сунца потпуно не нестане. Ова промена интензитета сунчеве светлости директно утиче на производњу енергије соларних ћелија током дана.
2. Угао светлости и ефикасност производње енергије
Угао светлости ће такође имати велики утицај на производњу енергије соларних ћелија. Када сунчева светлост пада вертикално на површину соларне ћелије, фотонапонска ћелија може да апсорбује највише светлосне енергије и самим тим генерише највећу енергију; а када је сунчева светлост коса, део светлости ће се рефлектовати, светлосна енергија коју апсорбује батерија се смањује, а самим тим се смањује и производња енергије.
Да би се максимизирала ефикасност производње енергије ћелија, многи соларни системи су опремљени уређајима за праћење сунца који аутоматски подешавају угао фотонапонских ћелија у складу са положајем сунца како би се одржао оптималан угао упада. Ова технологија се показала ефикасном у повећању укупне производње енергије фотонапонских ћелија.
3. Утицај трајања светла на производњу енергије
Трајање светлости је такође важан фактор који утиче на производњу енергије соларних ћелија. Што су светлосни сати дужи у току дана, то више укупне електричне енергије соларна ћелија може да генерише. Због тога на високим географским ширинама соларне ћелије генеришу релативно мање електричне енергије због кратких зимских светлосних сати, док је у подручјима са дугим светлосним сатима количина електричне енергије произведене током целе године већа.
Поред овога, сезонске промене такође утичу на светлосне сате. На пример, лети, када су дани дужи, соларне ћелије могу да генеришу електричну енергију током дужег временског периода; док ће се зими, када су дани краћи, време и укупна количина произведене електричне енергије природно смањивати.
4. Климатски услови и фотонапонске перформансе
Климатски услови такође могу имати значајан утицај на снагу коју генеришу соларне ћелије. У облачним и магловитим условима, сунчеве зраке блокирају облаци или суспендоване честице, што доводи до смањења количине светлосне енергије коју прима фотонапонска ћелија, а произведена снага ће бити значајно смањена. Поред тога, киша и снег такође могу утицати на апсорпцију светлости од стране фотонапонских панела, смањујући перформансе производње енергије ћелија.
Занимљиво је да перформансе фотонапонских ћелија не зависе само од јачине сунчеве светлости, понекад прејака сунчева светлост може бити лоша ствар. На пример, ефикасност производње електричне енергије соларних ћелија има тенденцију да се смањи у условима високе температуре јер повећана температура повећава отпор унутар ћелије, што доводи до мање производње електричне енергије. Због тога у неким областима људи хладе своје фотонапонске модуле користећи системе за хлађење како би повећали ефикасност производње електричне енергије.
5. Утицај спектралног састава
Сунчева светлост се састоји од фотона различитих таласних дужина, познатих као спектар. Соларне ћелије различито апсорбују различите таласне дужине светлости, а варијације у спектралном саставу такође могу утицати на снагу коју генеришу соларне ћелије. Генерално, фотонапонске ћелије имају највећу ефикасност апсорпције видљиве светлости и релативно ниску апсорпцију ултраљубичасте и инфрацрвене светлости. Стога су перформансе производње енергије фотонапонских ћелија боље када у спектру има више компоненте видљиве светлости.
Када је небо облачно, или рано ујутру и увече, спектар сунчеве светлости се мења, са смањењем видљиве компоненте и повећањем инфрацрвене компоненте, а ефикасност производње енергије фотонапонске ћелије се у овом случају такође смањује. Да би се побољшао спектрални одзив фотонапонских ћелија, нека истраживања су посвећена развоју материјала способних да апсорбују шири опсег сунчевог спектра, као што су халкогениди, који су показали боља својства апсорпције светлости у лабораторијским условима.
6. AM 1.5 G тест стандард
Приликом тестирања фотонапонских ћелија, уобичајено је користити AM 1,5 G као стандардни спектрални услов. AM је скраћеница од Air Mass (Ваздушна маса), а AM 1,5 значи да је путања сунчевих зрака кроз атмосферу један и по пута дужа од директне вертикалне путање Сунца кроз атмосферу. AM 1,5 G је стандард који се широко користи широм света и представља спектрални услов сунчевих зрака који пролазе кроз атмосферу и на Земљину површину током ведрог дана, што одговара интензитету светлости од око 1000 W/m². AM 1,5 G је глобално коришћени стандард који представља спектралне услове произведене светлошћу која пролази кроз атмосферу и на Земљину површину током ведрог дана, и одговара интензитету светлости од приближно 1000 W/m² и интензитету светлости од приближно 100.000 лукса.
Употреба AM 1.5 G осигурава да услови испитивања у лабораторији буду што је могуће ближи стварним условима како би се прецизно проценили перформансе соларних ћелија у свакодневним окружењима.
7. Стандарди и интензитет унутрашњег осветљења
Постоје и национални стандарди за интензитет унутрашњег осветљења. На пример, према релевантним националним стандардима Кине (нпр. Стандард за дизајн осветљења зграда GB 50033-2013), унутрашњи простори за различите намене имају различите захтеве за осветљење. Генерално говорећи, ниво осветљености за обично канцеларијско окружење треба да буде око 300-500 лукса, док је стандард осветљености за школску учионицу виши, обично изнад 500 лукса.
За интензитет светлости у затвореном простору по квадратном метру, када се претвори у снагу, обично је између 5-15 W/m², у зависности од стварног типа извора светлости и светлосне ефикасности. Овај интензитет светлости је далеко испод стандарда за спољашњу сунчеву светлост, али је довољан за свакодневне активности и осветљење у затвореном простору.
8. Фактори околине који утичу на услове осветљења
Поред горе наведених фактора, сенчење загађивачима као што су прашина, птичји измет, лишће итд. такође може утицати на светлосне услове фотонапонских ћелија, смањујући тако произведену енергију. Ове препреке ће спречити део сунчеве светлости да допре до површине фотонапонске ћелије, што доводи до формирања такозваног „ефекта вруће тачке“, односно повећања температуре блокиране ћелије, што не само да смањује ефикасност, већ може и оштетити ћелију.
Да би се ово спречило, фотонапонске ћелије треба редовно чистити како би се осигурало да површина остане чиста и да би се максимизирала апсорпција светлости. За нека подручја која се налазе у подручјима са пуно песка и прашине или честом активношћу птица, постављање самочистећег премаза или постављање система за чишћење су ефикаснија решења.
9. Резиме
Светлосни услови су један од кључних фактора у одређивању снаге коју генеришу соларне ћелије. Интензитет светлости, угао упада, трајање светлости, климатски услови и спектрални састав имају значајан утицај на перформансе производње енергије фотонапонских ћелија. Да бисмо максимизирали количину енергије коју генеришу соларне ћелије, морамо узети у обзир ове светлосне услове и правилно пројектовати и одржавати фотонапонски систем, као што је инсталирање праћења сунца, редовно чишћење панела и одржавање одговарајуће радне температуре.
Континуираном оптимизацијом дизајна и примене фотонапонских ћелија, можемо ефикасније користити соларну енергију и позитивно допринети постизању универзалног приступа чистој енергији и смањењу емисије угљеника.
